Как увеличить мощь газотурбинного движка танка Т-80: подойдёт простая вода
Вода — это, как известно, далеко не закись азота, но вполне успешно может помочь в форсировании силовых установок разных типов. Ярким примером здесь могут служить турбовентиляторные и турбореактивные авиационные двигатели, для форсажа которых использовали впрыск воды или водоспиртовой смеси на входе в компрессор. А можно ли провернуть подобное с газотурбинной силовой установкой танков Т-80? Можно, и результаты этого впечатляют.
В данном материале мы рассмотрим самый незамысловатый метод повышения мощности танковых газотурбинных двигателей, предлагавшийся к применению ещё с 70-х годов.
А зачем оно нужно?
Для начала нужно пояснить, почему вода вообще может помочь увеличить мощность танкового газотурбинного двигателя (ГТД). Дело в том, что одним из основных компонентов силовой установки данного типа является двухкаскадный турбокомпрессор. Его основная функция – сжимать поступающий снаружи воздух до рабочего давления и направлять его в камеру сгорания турбины. Но, как известно, сжатие приводит к повышению температуры, поэтому здесь начинает проявлять себя простая взаимосвязь.
Конструктивная схема газотурбинного двигателя. Источник: otvaga2004.ru
Компрессор сжимает поступающий воздух, а он, вследствие сжатия, нагревается и расширяется. В результате компрессору нужно затрачивать немало энергии, чтобы довести воздух до нужного давления. При этом работа агрегата напрямую влияет на мощность двигателя, уменьшая количество «лошадей». В нормальных условиях это практически не сказывается на тяговых показателях силовых установок, и они мало чем отличаются от заявленных в документации, но уменьшить паразитарное влияние компрессора было бы хорошей идеей.
К слову, это паразитарное влияние усугубляется при повышении температуры воздуха. Исходя из статистических данных, газотурбины без теплообменников, коими являются движки наших Т-80 различных модификаций, теряют около 0,6 % от мощности при увеличении температуры воздуха на 1 градус по Цельсию только за счёт «жрущего» компрессора. При этом удельный расход топлива не падает, а наоборот, повышается — до 0,5 % на один градус.
Нетрудно представить, как будут себя вести двигатели в условиях сильной жары. Впрочем, даже представлять не нужно. При всех температурных ограничениях тяговые характеристики танков Т-80 порой падают настолько, что опускаются до уровня более слабых дизелей Т-72. Проведённые в 80-х годах прошлого века испытания в пустынных районах Средней Азии показывают, что танки типа Т-80Б/БВ, оснащённые 1100-сильными двигателями, фактически становились равны своим тагильским собратьям с поршневыми моторами мощностью 780 л. с.
Т-80У – один из плеяды «восьмидесяток», мощь двигателя которого ограничивается не только температурой воздуха, но и запылённостью района боевых действий. Источник: vitalykuzmin.net
В связи с этим возникает вопрос: можно ли форсировать танковые газотурбинные силовые установки и при этом сохранить их мощностные характеристики в неблагоприятных условиях жаркого климата? Простого увеличения лошадиных сил здесь явно недостаточно, о чём свидетельствуют 1250-сильные движки ГТД-1250 танков Т-80У — мощь возросла, но в жару она так же падает. Вдобавок к этому в запылённых районах машины вынуждены работать в режиме «пустыня» с целью предохранения двигателей от повышенного пылевого износа, что также снижает количество «лошадей» из-за пониженной температуры газов.
Ответ, кажется, действительно есть: использовать обыкновенную воду.
Как оно работает?
Как уже говорилось ранее, вода — не закись азота. Не горит, сгораемость и энерговыделение топлива напрямую тоже не увеличивает. Но она может охлаждать, и делает это вполне успешно.
Здесь на ум приходит тот самый компрессор, который борется с повышением температуры сжимаемого воздуха, отъедая мощность турбины. А что, если впрыскивать в него испаряющуюся жидкость? Процесс испарения в значительной мере охлаждает воздух, в том числе и сжатый. И здесь бы идеально подошли какие-нибудь летучие вещества, вроде метилового или этилового спирта и прочих, однако их воспламеняемость, цена и доступность предопределили выбор в сторону обыкновенной воды.
Для примера того, как оно вообще работает, можно взять двигатель ГТД-1000Т мощностью 1000 лошадиных сил, применяемый на танках Т-80. В его конструкцию – перед входом в компрессор первого каскада – были введены форсунки для впрыска воды общей производительностью более 400 кг в час.
Источник: thesovietarmourblog.blogspot.com
Входя внутрь, вода разбрасывается по стенкам компрессора рабочими лопатками, нагнетающими воздух. В дальнейшем она, образуя плёнку на внутренних поверхностях, течёт вдоль воздушного тракта и частично испаряется. За счёт этого и происходит охлаждение. Температура сжимаемого воздуха падает и, как следствие, уменьшается его расширение и затрачиваемая на сжатие энергия компрессора. Отсюда и повышение мощности двигателя.
Однако не стоит думать, что для качественного форсажа газотурбины хватит нескольких литров, ну или десятков литров воды. Жор тут практически сопоставим с расходом топлива, что вполне обосновано теми гигантскими объёмами воздуха, которые потребляет двигатель в ходе своей работы — тут он, конечно, любого дизеля обгонит.
Так, для увеличения мощности ГТД всего на 50 с небольшим лошадиных сил требуется около 100 килограммов воды в час. Тут уж действительно хоть кормовые топливные баки водой заливай. Но эти 50 «коней» никакой погоды не сделают — такой форсаж практически никак не скажется на подвижности машины. Но никто на такой мелочи останавливаться и не будет.
Более значимый результат, выраженный в приросте на 200 и более лошадиных сил, достигается при расходе воды вплоть до 400 с небольшим килограммов в час в зависимости от условий. В данном случае можно ожидать значительных улучшений в подвижности танка, поскольку движок будет фактически сопоставим с ГТД-1250 от Т-80У. Соответственно, если подобному форсированию подвергнуть сам ГТД-1250, то его тяговые показатели вплотную приблизятся к двигателю американского танка «Абрамс» мощностью 1500 лошадиных сил.
Примечательно, что в жарких условиях возможности форсажа с помощью воды несколько расширяются. Так, при температуре воздуха +35-45 градусов Цельсия мощность двигателя возрастает в среднем на 25 %, то есть речь идёт не только о сохранении характеристик силовой установки в жарком климате, но и об их значительном увеличении, чего нельзя достичь классическими способами форсирования.
В немалой степени подобное увеличение мощности может помочь и при преодолении водных преград танком по дну. Дело в том, что газотурбинные двигатели танков Т-80 очень чувствительны к сопротивлению на выпуск выхлопных газов, поэтому без трубы, обеспечивающей их отвод на поверхность, глубокий водоём преодолеть нельзя. Применение «водяного форсажа» в данном случае полностью меняет ситуацию: выхлопные газы приобретают достаточное давление для их выпуска прямо в воду без газоотводящей трубы на глубинах вплоть до 8 метров.
Т-80У с установленным комплектом для подводного вождения. Видна труба для выпуска выхлопных газов над поверхностью воды. Источник: vpk-news.ru
Выводы
Форсирование с помощью впрыска воды в воздушный компрессор оказалось действительно радикальным методом увеличения мощности газотурбинного двигателя практически во всех температурных режимах за исключением морозных условий, когда вода попросту замерзала в баках для её хранения. И, что примечательно, этот метод увеличения мощности не уменьшал ресурс силовой установки, а наоборот, увеличивал его.
Кормовые топливные баки Т-80БВ. Один из них должен был заменяться бочкой для охлаждающей воды. Источник: vitalykuzmin.net
Однако были и существенные минусы, связанные с повышенным расходом топлива и установкой как минимум одной бочки для воды вместо кормового топливного бака, а также насоса для закачки воды в форсунки. Более детальные проработки этого метода форсажа могли бы привести к каким-то результатам в плане исполнения его в серийном производстве, но необходимость доработки двигателей, внесения изменений в материально-техническую часть и документацию и проч. внесли свои коррективы. В конечном итоге проекты по данной теме, так или иначе дававшие о себе знать с конца 70-х годов, были полностью закрыты с распадом СССР.
Информация